摘要：本文介绍最新研制的一种可由用户现场配置的适用于各种不同的气体传感器的气体报警器控制芯片。该芯片以Ｍotorola的ＭＣ68HC908GP32MCU为核心，内部固化了适用于不于气体传感器的优化定制程序，用户利用此芯片，无需另外的ＭＣＵ软件工程师介入，就可根据所使用的气体传感器的特性进行简单的参数设定和硬件配置，实现基于不同气体传感器的环境气体浓度检测、显示和报警功能，从而实现匹配于该传感器特性的专用气体报警器。
关键词：气体传感器 特性参数 采样修正 气体报警器 控制芯片
引言
在气体报警器的开发中，人们常常会为气体传感器特性参数的离散性而感到困忧。气体传感器特性的离散性，不仅反映在传感器的气体敏感响应特性上，还反应在其响应特性随温度、湿度变化的飘移之上。因此，不管传统的模拟型气体报警器，还是现代单片机控制的智能报警器，对于传感特性的补偿、修正、拟合，是一个主要研究内容。
对于传统的模拟型报警器，气体传感器的特性补偿、修正，可采用匹配补偿传感器的硬件调整方式；这种调整方式虽然具有现场调整方便的优点，但补偿拟合的范围窄，匹配传感器的部件选择困难，而难以获得较好的补偿、修正效果。而现代智能型报警器，针对传感器的特性模型，使用特定算法，采用软件运算的方式，进行其特性的补偿、修正。从设计角度而言，具有较大的灵活性和宽范围的拟合功能。但是，一旦成为固化了的软件程序，只能对一定范围离散特性的传感器有效。由于固化程序难以现场修改，而导致该控制芯片对于范围外的传感器丧失有效的控制、补偿、修正能力，使报敬器功能失效。
本文提出的一种可由用户针对传感器的特性、参数，通过现场配置ＭＣＵ所附的Ｅ2ＰＲＯＭ的数据，来实现传感器特性的高有效自适合拟合，宽范围的特性补偿和修正的方法，从而不仅使得固化了特定程序的控制芯片可以简单、方便地适用于不同类型、不同特性的传感器，也使得现场高精度的气体测量的性能调整得以可能，使之成为一种用途广泛、使用方便、性能可靠的多用途气体报警器控制芯处，将得到广泛的推广和应用。
该芯片可用于各种不同类型的气体传感器。利用该芯片，用户可轻松快速地完成气体报警器的开发工作。只要把气体传感器的特性参数配置于与芯片接口的Ｅ2ＰＲＯＭ中，即可进行测试，省去繁琐的ＭＣＵ软件开发工作，大大缩短开发时间。气体传感器的特性主要会受到温度、湿度的影响，故芯片除可对气体传感器进行测量，同时可对温、湿度传感器进行测量。用户可通过配置决定是否对气体传感器进行温、湿度修正和如何修正。芯片可根据气体的浓度及报警器的工作状态，作出不同的输出控制状态，以便实现报警及控制外围制备。
芯片功能与系统结构
该芯片可同时对三个传感器（气体、温度、湿度传感器）的输出电压信号进行采样，对气体传感器进行温、湿度修正；芯片可根据给定的参数判断是否报警。
芯片有六个状态显示及控制输出口。根据传感器的工作状态及主传感的测量值作出不同的响应。加热控制输出端，用于控制气体传感器的加热时间及ＭＣＵ采样间隔时间。控制输出方波的脉宽及周期都可进行调节。方波脉宽决定加热时间，方波周期决定ＭＣＵ采样间隔时间。复位及检测输入按键，检测键用于检测芯片及其外围报警电路是否能政党进行报警。
为了适应不用传感器的需要，对芯片实行外部参数控制，外部参数存于E2PROM，参数可根据传感器特性相应给出。
芯片功能的设计
采样功能
芯片可对传感器（Ａ、Ｂ、Ｃ）进行采样，采样电压范围０～５Ｖ， 采样口为８位Ａ／Ｄ口，采样间隔时间可调，由加热控制方波周期（waveth,wavet1）决定。芯片对于三个传感器的采样是同步是。
采样时刻也可自选设置，由（sth,sh1）决定，设置范围由常规传感器的特性要求所规范，本设计中为０～１０９分钟，必须小于采样间隔时间（加热控制方波周期）。
三个传感器采样口可选择使用，采样口可通过sensor的０～２位的状态设置成"禁止"或"选用"。气体传感器输入口作为主传感器采样口，其他两个采样口作为次传感器的输入。
采样电压值可通过外部Ｅ２ＰＲＯＭ给定的参数进行转换运算，得出相应的环境测量值。由于来自传感器的数据是非线性的，为了减少误差，可采用非等距分段法提高精度。将传感器（Ａ、Ｂ、Ｃ）的输出特性曲线分成８段，段点存入Ｅ２ＰＲＯＭ。
3.2 参数修正
通过设置sensor的第５位状态来选择气体传感器的检测方式。由sensor的第３、４位的状态决定次传感器是否对主传感器进行修正处理。
对于温、湿度修正：在温度Ｔ下，传感器的输出电阻ＲS为：
ＲＳ（Ｔ）＝α·RＳ（２５）
其中ＲS（２５℃）为在２５℃下传感器的输出电阻；为温度修正系数，相应每个温度都存在一个值。２５℃下的温度修正系数为１.０，值预选存入Ｅ２ＰＲＯＭ。
在湿度ＲＨ下，传感器的输出电阻ＲＳ为：
ＲＳ（ＲＨ）＝β·ＲＳ（５３）
其中ＲＳ（５３）为在５３%下传感器的输出电阻；为湿度修正系数，相应每个湿度都存在一个值。５３%下的湿度修正系数为１．０，值预先存入Ｅ２ＰＲＯＭ。
3.3 输出口
状态输出口的设定是指报警器的指示灯、声音和开关控制输出口。
预热指示：气体传感器在预加热，报警器不工作。
正常指示：传感器工作正常，环境测量值在工作范围内。
方波的脉宽、周期可由外部Ｅ２ＰＲＯＭ给出的参数决定，脉宽：pulseth,pulset，周期：waveth,watetl。方波的周期也决定ＭＣＵ对传感器的采样时间间隔。方波输出初始状态（wavep）也可由用户自行设定。
脉宽和周期的设置范围为（$００００～$ＦＦＦＦ）（０.1秒，即０～１０９分钟）。
报警模式
定值报警：气体浓度超过或低于设定值（ach,acl），立即报警。
分段延时报警：即把气体传感器的环境值分作几段，与传感器输出特性曲线的非等距分段一致。不同段有不同的延时报警时间。
表１。气体传感器分段报警延时时间.设计流程图(略)
如选择分段延时报警，则要相应每一段输入延时报警时间，单字节，范围为$００～$ＦＯ，单位为分钟，即０～２４０分钟。而段延时时间为$ＦＦ，表示延时时间为无穷大，即不报警。一段前，表示环境测量值落在第一段的前面。八段后，表示环境测量值落在第八段的后面。
根据环境测量值所在段的延时报警时间定出何时报警。当环境测量值在不同时间落在不同段时，芯片可进行综合处理，得出实际的延时报警时间。
当延时报警时间在$００～$Ｆ０内，而不等于$００时，进入预报警状态。但延时报警时间等于$００，即立刻进入报警状态。
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